資源簡介

多平衡體系的分析應(yīng)用
1.化學(xué)平衡與平衡轉(zhuǎn)化率
(1)轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率
轉(zhuǎn)化率有未達(dá)到平衡的轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率，在審題的時(shí)候一定要注意轉(zhuǎn)化率是否為平衡轉(zhuǎn)化率。
(2)轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系
可逆反應(yīng) 的焓變?chǔ) 升高溫度
吸熱反應(yīng)， ΔH>0 未達(dá)到平衡的轉(zhuǎn)化率增大
平衡轉(zhuǎn)化率增大
放熱反應(yīng)， ΔH<0 未達(dá)到平衡的轉(zhuǎn)化率增大
平衡轉(zhuǎn)化率減小
(3)增大反應(yīng)物的濃度與平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系(其中A、B、C均為氣體)
可逆 反應(yīng) 改變 條件 平衡移 動(dòng)方向 反應(yīng)物平 衡轉(zhuǎn)化率 備注
A+B C 增大A 的濃度 正向 移動(dòng) α(A)減小 α(B)增大 -
A B+C 增大A 的濃度 正向 移動(dòng) α(A) 減小 反應(yīng)物平 衡轉(zhuǎn)化率 實(shí)際是考 慮壓強(qiáng)的 影響
2A B+C 增大A 的濃度 正向 移動(dòng) α(A) 不變
3A B+C 增大A 的濃度 正向 移動(dòng) α(A) 增大
(4)如果兩氣體物質(zhì)的投料比按照化學(xué)計(jì)量數(shù)投料，那么無論是否達(dá)到化學(xué)平衡，兩者的轉(zhuǎn)化率一直相等。
2.化學(xué)平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)方向與反應(yīng)速率的關(guān)系
aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)
K= 平衡時(shí)濃度 Q= 某時(shí)刻濃度
K
3.轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的計(jì)算公式
反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率=×100%
生成物的產(chǎn)率=×100%
4.相關(guān)反應(yīng)平衡常數(shù)的相互計(jì)算
(1)同一可逆反應(yīng)中，K正·K逆=1。
(2)同一化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)等倍擴(kuò)大或縮小n倍，則新平衡常數(shù)K'與原平衡常數(shù)K間的關(guān)系是K'=Kn或K'=。
(3)幾個(gè)可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式相加得總化學(xué)方程式，則總化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)等于各分步反應(yīng)平衡常數(shù)之積。
5.多重平衡定性分析
(1)找準(zhǔn)目標(biāo)物質(zhì)及所在反應(yīng)，根據(jù)原理(勒夏特列原理以及影響速率的因素等)推斷條件改變的影響，作出判斷。
(2)競爭型多重平衡解題思路
①先分析是速率問題，還是平衡問題。
②若是速率問題，考慮溫度、壓強(qiáng)、催化劑選擇性等。
③若是平衡問題，先判斷以哪個(gè)反應(yīng)為主，再描述平衡移動(dòng)。
④若改變條件出現(xiàn)兩種相反的結(jié)論，要結(jié)合問題中的結(jié)論抓住矛盾的主要方面解題。
6.催化劑與轉(zhuǎn)化率(或產(chǎn)率)
(1)轉(zhuǎn)化率(或產(chǎn)率)分為平衡前轉(zhuǎn)化率(或產(chǎn)率)和平衡轉(zhuǎn)化率(或平衡產(chǎn)率)，催化劑能加快反應(yīng)速率，使平衡前轉(zhuǎn)化率(或產(chǎn)率)提高，但不能改變平衡轉(zhuǎn)化率(或平衡產(chǎn)率)。
(2)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中大多數(shù)反應(yīng)未達(dá)到平衡，反應(yīng)物就隨產(chǎn)物流出反應(yīng)器，所以實(shí)際轉(zhuǎn)化率總比平衡轉(zhuǎn)化率低。利用催化劑提高反應(yīng)速率，可以提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量，目標(biāo)產(chǎn)物的實(shí)際產(chǎn)率也相應(yīng)得以提升。
1.(2024·江蘇，13)二氧化碳加氫制甲醇的過程中的主要反應(yīng)(忽略其他副反應(yīng))為：
①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH1=41.2 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH2
225 ℃、8×106 Pa下，將一定比例CO2、H2混合氣勻速通過裝有催化劑的絕熱反應(yīng)管。裝置及L1、L2、L3…位點(diǎn)處(相鄰位點(diǎn)距離相同)的氣體溫度、CO和CH3OH的體積分?jǐn)?shù)如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.L4處與L5處反應(yīng)①的平衡常數(shù)K相等
B.反應(yīng)②的焓變?chǔ)2>0
C.L6處的H2O的體積分?jǐn)?shù)大于L5處
D.混合氣從起始到通過L1處，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
2.(2023·江蘇，13)二氧化碳加氫制甲烷過程中的主要反應(yīng)為
CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)
ΔH=-164.7 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH=41.2 kJ·mol-1
在密閉容器中，1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶4時(shí)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率、在催化劑作用下反應(yīng)相同時(shí)間所測得的CO2實(shí)際轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示。CH4的選擇性可表示為×100%。下列說法正確的是(　　)
A.反應(yīng)2CO(g)+2H2(g)CO2(g)+CH4(g)的焓變?chǔ)=-205.9 kJ·mol-1
B.CH4的平衡選擇性隨著溫度的升高而增加
C.用該催化劑催化二氧化碳反應(yīng)的最佳溫度范圍約為480~530 ℃
D.450 ℃時(shí)，提高的值或增大壓強(qiáng)，均能使CO2平衡轉(zhuǎn)化率達(dá)到X點(diǎn)的值
3.(2022·江蘇，13)乙醇 水催化重整可獲得H2。其主要反應(yīng)為C2H5OH(g)+3H2O(g)(g)　ΔH=173.3 kJ·mol-1，O(g)　ΔH=41.2 kJ·mol-1，在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)=1∶3時(shí)，若僅考慮上述反應(yīng)，平衡時(shí)CO2和CO的選擇性及H2的產(chǎn)率隨溫度的變化如圖所示。
CO的選擇性=×100%，下列說法正確的是(　　)
A.圖中曲線①表示平衡時(shí)H2產(chǎn)率隨溫度的變化
B.升高溫度，平衡時(shí)CO的選擇性增大
C.一定溫度下，增大可提高乙醇平衡轉(zhuǎn)化率
D.一定溫度下，加入CaO(s)或選用高效催化劑，均能提高平衡時(shí)H2產(chǎn)率
4.(2021·江蘇，14)NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應(yīng)均為放熱反應(yīng)。工業(yè)尾氣中的NH3可通過催化氧化為N2除去。將一定比例的NH3、O2和N2的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應(yīng)管，NH3的轉(zhuǎn)化率、生成N2的選擇性[×100%]與溫度的關(guān)系如圖所示。
下列說法正確的是(　　)
A.其他條件不變，升高溫度，NH3的平衡轉(zhuǎn)化率增大
B.其他條件不變，在175~300 ℃范圍，隨溫度的升高，出口處N2和氮氧化物的量均不斷增大
C.催化氧化除去尾氣中的NH3應(yīng)選擇反應(yīng)溫度高于250 ℃
D.高效除去尾氣中的NH3，需研發(fā)低溫下NH3轉(zhuǎn)化率高和N2選擇性高的催化劑
答案精析
核心精講
2.=　<　>
真題演練
1.C　［L4處與L5處的溫度不同，故反應(yīng)①的平衡常數(shù)K不相等，A錯(cuò)誤；由圖像可知，L1~L3溫度在升高，該裝置為絕熱裝置，反應(yīng)①為吸熱反應(yīng)，所以反應(yīng)②為放熱反應(yīng)，ΔH2<0，B錯(cuò)誤；從L5到L6，甲醇的體積分?jǐn)?shù)逐漸增加，說明反應(yīng)②在向右進(jìn)行，反應(yīng)②消耗 CO，而 CO 體積分?jǐn)?shù)沒有明顯變化，說明反應(yīng)①也在向右進(jìn)行，反應(yīng)①為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，其向右進(jìn)行時(shí)，n(H2O)增大，反應(yīng)②為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，且沒有H2O的消耗與生成，故n總減小而n(H2O)增加，即H2O的體積分?jǐn)?shù)會(huì)增大，故L6處的 H2O的體積分?jǐn)?shù)大于L5處，C正確；L1處CO 的體積分?jǐn)?shù)大于 CH3OH，說明生成的 CO 的物質(zhì)的量大于CH3OH，兩者反應(yīng)時(shí)間相同，說明CO的生成速率大于 CH3OH的生成速率，D錯(cuò)誤。］
2.D　［由蓋斯定律可知反應(yīng)2CO(g)+2H2(g)CO2(g)+CH4(g)的焓變?chǔ)=-2×41.2 kJ·mol-1-164.7 kJ·mol-1=-247.1 kJ·mol-1，A錯(cuò)誤；CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，CH4的含量降低，故CH4的平衡選擇性隨著溫度的升高而降低，B錯(cuò)誤；450 ℃時(shí)，提高的值可提高二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率，增大壓強(qiáng)第一個(gè)反應(yīng)平衡正向移動(dòng)，可提高二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率，均能使CO2平衡轉(zhuǎn)化率達(dá)到X點(diǎn)的值，D正確。 ］
3.B
4.D　［NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率降低，故A錯(cuò)誤；根據(jù)圖像，在175~300 ℃范圍，隨溫度的升高，N2的選擇性降低，即產(chǎn)生氮?dú)獾牧繙p少，故B錯(cuò)誤；根據(jù)圖像，溫度高于250 ℃ N2的選擇性降低，且氨氣的轉(zhuǎn)化率變化并不大，浪費(fèi)能源，故溫度應(yīng)略小于225 ℃，此時(shí)氨氣的轉(zhuǎn)化率、氮?dú)獾倪x擇性較大，故C錯(cuò)誤；氮?dú)鈱?duì)環(huán)境無污染，氮的氧化物污染環(huán)境，因此高效除去尾氣中的NH3，需研發(fā)低溫下NH3轉(zhuǎn)化率高和N2選擇性高的催化劑，故D正確。］(共27張PPT)
多平衡體系的分析應(yīng)用
專題五 選擇題專攻2
01
核心精講
1.化學(xué)平衡與平衡轉(zhuǎn)化率
(1)轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率
轉(zhuǎn)化率有未達(dá)到平衡的轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率，在審題的時(shí)候一定要注意轉(zhuǎn)化率是否為平衡轉(zhuǎn)化率。
(2)轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系
可逆反應(yīng)的焓變?chǔ) 升高溫度
吸熱反應(yīng)，ΔH>0 未達(dá)到平衡的轉(zhuǎn)化率增大
平衡轉(zhuǎn)化率增大
放熱反應(yīng)，ΔH<0 未達(dá)到平衡的轉(zhuǎn)化率增大
平衡轉(zhuǎn)化率減小
(3)增大反應(yīng)物的濃度與平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系(其中A、B、C均為氣體)
可逆反應(yīng) 改變條件 平衡移動(dòng)方向 反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率 備注
A+B C 增大A的濃度 正向移動(dòng) α(A)減小α(B)增大 -
A B+C 增大A的濃度 正向移動(dòng) α(A)減小 反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率實(shí)際是考慮壓強(qiáng)的影響
2A B+C 增大A的濃度 正向移動(dòng) α(A)不變 3A B+C 增大A的濃度 正向移動(dòng) α(A)增大 (4)如果兩氣體物質(zhì)的投料比按照化學(xué)計(jì)量數(shù)投料，那么無論是否達(dá)到化學(xué)平衡，兩者的轉(zhuǎn)化率一直相等。
2.化學(xué)平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)方向與反應(yīng)速率的關(guān)系
aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) K= 平衡時(shí)濃度 Q=
某時(shí)刻濃度
K
3.轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率的計(jì)算公式
反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率=×100%
生成物的產(chǎn)率=×100%
4.相關(guān)反應(yīng)平衡常數(shù)的相互計(jì)算
(1)同一可逆反應(yīng)中，K正·K逆=1。
(2)同一化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)等倍擴(kuò)大或縮小n倍，則新平衡常數(shù)K'與原平衡常數(shù)K間的關(guān)系是K'=Kn或K'=。
(3)幾個(gè)可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式相加得總化學(xué)方程式，則總化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)等于各分步反應(yīng)平衡常數(shù)之積。
5.多重平衡定性分析
(1)找準(zhǔn)目標(biāo)物質(zhì)及所在反應(yīng)，根據(jù)原理(勒夏特列原理以及影響速率的因素等)推斷條件改變的影響，作出判斷。
(2)競爭型多重平衡解題思路
①先分析是速率問題，還是平衡問題。
②若是速率問題，考慮溫度、壓強(qiáng)、催化劑選擇性等。
③若是平衡問題，先判斷以哪個(gè)反應(yīng)為主，再描述平衡移動(dòng)。
④若改變條件出現(xiàn)兩種相反的結(jié)論，要結(jié)合問題中的結(jié)論抓住矛盾的主要方面解題。
6.催化劑與轉(zhuǎn)化率(或產(chǎn)率)
(1)轉(zhuǎn)化率(或產(chǎn)率)分為平衡前轉(zhuǎn)化率(或產(chǎn)率)和平衡轉(zhuǎn)化率(或平衡產(chǎn)率)，催化劑能加快反應(yīng)速率，使平衡前轉(zhuǎn)化率(或產(chǎn)率)提高，但不能改變平衡轉(zhuǎn)化率(或平衡產(chǎn)率)。
(2)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中大多數(shù)反應(yīng)未達(dá)到平衡，反應(yīng)物就隨產(chǎn)物流出反應(yīng)器，所以實(shí)際轉(zhuǎn)化率總比平衡轉(zhuǎn)化率低。利用催化劑提高反應(yīng)速率，可以提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量，目標(biāo)產(chǎn)物的實(shí)際產(chǎn)率也相應(yīng)得以提升。
02
真題演練
1.(2024·江蘇，13)二氧化碳加氫制甲醇的過程中的主要反應(yīng)(忽略其他副反應(yīng))為：
①CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)　ΔH1=41.2 kJ·mol-1
②CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH2
225 ℃、8×106 Pa下，將一定比例CO2、H2混合氣勻速通過裝有催化劑的絕熱反應(yīng)管。裝置及L1、L2、L3…位點(diǎn)處(相鄰位點(diǎn)距離相同)的氣體溫度、CO和CH3OH的體積分?jǐn)?shù)如圖所示。下列說法正確的是
1
2
3
4
A.L4處與L5處反應(yīng)①的平衡常數(shù)K相等
B.反應(yīng)②的焓變?chǔ)2>0
C.L6處的H2O的體積分?jǐn)?shù)大于L5處
D.混合氣從起始到通過L1處，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率
1
2
3
4
√
L4處與L5處的溫度不同，故反應(yīng)①的平衡常數(shù)K不相等，A錯(cuò)誤；
由圖像可知，L1~L3溫度在升高，該裝置為絕熱裝置，反應(yīng)①為吸熱反應(yīng)，所以反應(yīng)②為放熱反應(yīng)，ΔH2<0，B錯(cuò)誤；
1
2
3
4
從L5到L6，甲醇的體積分?jǐn)?shù)逐漸增加，說明反應(yīng)②在向右進(jìn)行，反應(yīng)②消耗CO，而CO體積分?jǐn)?shù)沒有明顯變化，說明反應(yīng)①也在向右進(jìn)行，反應(yīng)①為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，其向右進(jìn)行時(shí)，n(H2O)增大，反應(yīng)②為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，且沒有H2O的消耗與生成，故n總減小而n(H2O)增加，
即H2O的體積分?jǐn)?shù)會(huì)增大，故L6處的 H2O的體積分?jǐn)?shù)大于L5處，C正確；
1
2
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L1處CO 的體積分?jǐn)?shù)大于 CH3OH，說明生成的 CO 的物質(zhì)的量大于CH3OH，兩者反應(yīng)時(shí)間相同，說明CO的生成速率大于 CH3OH的生成速率，D錯(cuò)誤。
1
2
3
4
2.(2023·江蘇，13)二氧化碳加氫制甲烷過程中的主要反應(yīng)為
CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g)　ΔH=-164.7 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g)===CO(g)+H2O(g)　ΔH=41.2 kJ·mol-1
在密閉容器中，1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)=1∶4時(shí)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率、在催化劑作用下反應(yīng)相同時(shí)間所測得的CO2實(shí)際轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖所示。
1
2
3
4
CH4的選擇性可表示為×100%。下列說法正確的是
1
2
3
4
A.反應(yīng)2CO(g)+2H2(g)===CO2(g)+CH4(g)的焓變?chǔ)=-205.9 kJ·mol-1
B.CH4的平衡選擇性隨著溫度的升高而增加
C.用該催化劑催化二氧化碳反應(yīng)的最佳溫度范圍約為480~530 ℃
D.450 ℃時(shí)，提高的值或增大壓強(qiáng)，
均能使CO2平衡轉(zhuǎn)化率達(dá)到X點(diǎn)的值
√
1
2
3
由蓋斯定律可知反應(yīng)2CO(g)+2H2(g)===CO2(g)+
CH4(g)的焓變?chǔ)=-2×41.2 kJ·mol-1-164.7 kJ·mol-1
=-247.1 kJ·mol-1，A錯(cuò)誤；
CO2(g)+4H2(g)===CH4(g)+2H2O(g)為放熱反應(yīng)，
升高溫度平衡逆向移動(dòng)，CH4的含量降低，故
CH4的平衡選擇性隨著溫度的升高而降低，B錯(cuò)誤；
4
1
2
3
450 ℃時(shí)，提高的值可提高二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率，增大壓強(qiáng)第一個(gè)反應(yīng)平衡正向移動(dòng)，可提高二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率，均能使CO2平衡轉(zhuǎn)化率達(dá)到X點(diǎn)的值，D正確。
4
3.(2022·江蘇，13)乙醇-水催化重整可獲得H2。其主要反應(yīng)為C2H5OH(g)
+3H2O(g)===(g)　ΔH=173.3 kJ·mol-1，(g)===
CO(g)+H2O(g)　ΔH=41.2 kJ·mol-1，在1.0×105 Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)
=1∶3時(shí)，若僅考慮上述反應(yīng)，平衡時(shí)CO2和CO的選擇性及H2的產(chǎn)率隨溫度的變化如圖所示。
1
2
3
4
1
2
3
4
CO的選擇性=×100%，下列說法正確的是
A.圖中曲線①表示平衡時(shí)H2產(chǎn)率隨溫度的變化
B.升高溫度，平衡時(shí)CO的選擇性增大
C.一定溫度下，增大可提高乙醇平衡
轉(zhuǎn)化率
D.一定溫度下，加入CaO(s)或選用高效催化劑，均能提高平衡時(shí)H2產(chǎn)率
√
4.(2021·江蘇，14)NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應(yīng)均為放熱反應(yīng)。工業(yè)尾氣中的NH3可通過催化氧化為N2除去。將一定比例的NH3、O2和N2的混合氣體以一定流速通過裝有催化劑的反應(yīng)管，NH3的轉(zhuǎn)化率、生成N2的選擇性[×100%]與溫度的關(guān)系如圖所示。
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1
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下列說法正確的是
A.其他條件不變，升高溫度，NH3的平衡轉(zhuǎn)
化率增大
B.其他條件不變，在175~300 ℃范圍，隨溫
度的升高，出口處N2和氮氧化物的量均不斷增大
C.催化氧化除去尾氣中的NH3應(yīng)選擇反應(yīng)溫度高于250 ℃
D.高效除去尾氣中的NH3，需研發(fā)低溫下NH3轉(zhuǎn)化率高和N2選擇性高的
催化劑
√
NH3與O2作用分別生成N2、NO、N2O的反應(yīng)
均為放熱反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理，升高溫
度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，氨氣的平衡轉(zhuǎn)
化率降低，故A錯(cuò)誤；
根據(jù)圖像，在175~300 ℃范圍，隨溫度的升高，N2的選擇性降低，即產(chǎn)生氮?dú)獾牧繙p少，故B錯(cuò)誤；
根據(jù)圖像，溫度高于250 ℃ N2的選擇性降低，且氨氣的轉(zhuǎn)化率變化并不大，浪費(fèi)能源，故溫度應(yīng)略小于225 ℃，此時(shí)氨氣的轉(zhuǎn)化率、氮?dú)獾倪x擇性較大，故C錯(cuò)誤；
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氮?dú)鈱?duì)環(huán)境無污染，氮的氧化物污染環(huán)境，因此高效除去尾氣中的NH3，需研發(fā)低溫下NH3轉(zhuǎn)化率高和N2選擇性高的催化劑，故D正確。
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